Przejdź do treści

Kosmiczne śmieci i łapa gekona

Jak rozwiązać problem kosmicznych sieci, które coraz liczniej zasiedlają ziemską orbitę? Naukowcy wpadli na pomysł, że można w tym celu wykorzystać inspirowany natura instrument o budowie zbliżonej do łapki gekona.

Sympatyczne gekony charakteryzują się niezwykle chwytnymi odnóżami, dzięki którym są w stanie wspinać się na wysokie ściany i ogrodzenia - także te o bardzo gładkich powierzchniach. Ta sama “technika” zdaniem Hao Jiang z Uniwersytetu Stanford i jego współpracowników może być już niebawem wykorzystana przy konstruowaniu specjalnych kosmicznych chwytaków wyłapujących śmieci krążące wokół Ziemi. Artykuł na ten temat właśnie ukazał się w piśmie Science Robotics.

Orbitę naszej planety zasiedla blisko pół miliona sztucznych obiektów większych od ziarna fasoli. Ale wśród nich aż 23 tysiące wyprodukowanych przez ludzkość śmieci osiąga rozmiary piłki nożnej. Są wśród nich również liczne nieaktywne satelity oraz zużyte stopnie rakiet nośnych. Wszystkie te ciała są stale monitorowane, ale również ciągle ich przybywa. Naukowcy więc od lat myślą już o jak najbardziej efektywnym wysprzątaniu naszego kosmicznego podwórka.

Co ciekawe, z początkiem ery podboju kosmosu mało kto rozważał ten poważny dziś problem. Na przykład jeden z wczesnych satelitów - wystrzelony w roku 1958 Vanguard 1 - miał w założeniu pozostać na orbicie na wieki. Jest dziś najstarszym wytworem rąk ludzkich, jaki wciąż okrąża Ziemię. Jednak współczesne satelity są już często celowo deorbitowane, po czym spalają się w atmosferze naszej planety, a ich ewentualne szczątki kierowane są do oceanów. Istnieje nawet specjalna “cmentarna” orbita przeznaczona dla emerytowanych satelitów geostacjonarnych, które początkowo krążyły na orbitach bardzo wysokich. Po zejściu na nią przestają one zaśmiecać bardziej te użyteczne orbity i stwarzać ryzyko kolizji z nowymi satelitami. Tym niemniej kolizje nadal się zdarzają, a ilość kosmicznych śmieci wzrasta...

Śmieci zagrażają praktycznie wszystkim satelitom. Problem ten dotyczy w szczególności załogowej Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Groźba uszkodzenia jej powłoki czy paneli słonecznych jest na tyle poważna, że cała stacja musi wykonywać okresowe manewry DAMs (Debris Avoidance Maneuvers), gdy tylko większe kosmiczne śmieci znajdą się zbyt blisko niej. Mimo to astronauci już kilka razy musieli na wszelki wypadek schronić się w kapsule ratunkowej Soyuz, co zapewniłoby im powrót na Ziemię w razie poważniejszego zniszczenia elementów ISS.

Jak jednak najlepiej rozwiązać ten problem? Stanowi to ciągle duże wyzwanie. Proponowano na przykład użycie specjalnych harpunów, ale metoda nie nie zapewniała w praktyce wystarczająco dobrej kontroli. Jednak już specjalne szczypce zainspirowane chwytnymi nóżkami gekona są najprawdopodobniej w stanie złapać wielki i ciężki przedmiot, przesunąć go, a następnie uwolnić w innym miejscu - i to bez nadawania mu dużej wartości niepożądanego w tym przypadku pędu.

Łapki gekonów składają się z rowków wypełnionych mikroskopowej wielkości włoskami. Są na tyle sprawne w przyczepianiu się do najróżniejszych powierzchni, że bada się je od lat - także z myślą o komercyjnym zastosowaniu. Obecnie naukowcy doszli do wniosku, że oparte na nich urządzenia mogą być bardzo przydatne w przestrzeni kosmicznej. W warunkach próżni nie działa coś takiego jak przyssawanie się, ponieważ brakuje powietrza. W dodatku wszelkie kleje zazwyczaj tracą tam całą lepkość na skutek występowania ekstremalnych temperatur i promieniowania. Z kolei w przypadku szklanych powierzchni, z których w dużej mierze złożone są panele słoneczne satelitów, nie zadziała przyciąganie magnetyczne. Jednak mogą już zadziałać tak zwane siły van der Waalsa, które najprawdopodobniej będą wykorzystywane przez chwytaki oparte na budowie łap gekonów.

“Szczypce” zaprojektowane przez zespół Hao Jiang wykorzystują małe, klinowe włókna, naśladujące włoski występujące u gekona. Przy małej ilości równomiernie przyłożonej siły zwiększa się dzięki nim pole powierzchni i przyciąganie ich “poduszek”.
Ale jeśli siła ta jest przyłożona bardziej nierównomiernie, to pozornie magiczne przyciąganie zanika. Dzięki temu można więc w dużym stopniu regulować przyczepność takich łap.

Przy zastosowaniu tej technologii możliwe jest między innymi przemieszczanie wielkich, ale delikatnych przedmiotów (na przykład szklanych zwierciadeł teleskopowych) bez wywierania na nie dużej siły nacisku. Wydaje się ona jednak szczególnie atrakcyjna jako metoda usuwania ciężkich kosmicznych śmieci. Kiedy więc mamy szansę zobaczyć ją w praktyce? Jeśli wszystko pójdzie dobrze, zostanie ona użyta w misji NASA o nazwie Restore-L, w ramach której planuje się przetestować możliwości w zakresie ponownego zasilania i naprawiania satelitów na niskiej orbicie Ziemi. Jeśli tak, prace nad projektem ruszą około roku 2020.


Czytaj więcej:



Źródło: Sky & Telescope

Zdjęcie: zbliżenie na łapę gekona .
Źródło: NASA / Wikimedia Commons